Wi-Fi是一种可以将便携式电脑、智能手机、打印机等终端以无线的方式互相连接起来的技术，其优势在于可以让使用者摆脱复杂、纷乱的线缆的束缚。但是，Wi-Fi的劣势也很明显。使用Wi-Fi网络，会消耗大量的电能，连接到Wi-Fi网络上的各种设备电量消耗都非常快。

美国华盛顿大学一个由计算机科学家和电子工程师组成的研究团队近日研发出一种新型的Wi-Fi技术--“Passive Wi-Fi”（无源Wi-Fi）。研究人员通过试验证明，无源Wi-Fi系统传输Wi-Fi信号所使用的电量要比传统无线通信平台（如低能耗蓝牙、Zigbee等）的耗电量要小1000倍。研究人员将于2016年3月份在第十三届USENIX网络系统设计与实现专题研讨会上报告研究成果的具体内容。这一研究成果也被《麻省理工科技评论》评为“2016十大突破技术”之一。

研究团队负责人之一、华盛顿大学计算机科学与工程专业助理教授希亚姆-格拉科塔表示，“我们想知道能否几乎不用任何电能就可以实现Wi-Fi信号的传输，这就是无源Wi-Fi的开发理念。我们实现了Wi-Fi传输，而且用电量要比现有最好的Wi-Fi设备的耗电量小10000倍。”无源Wi-Fi首次实现Wi-Fi信号传输速率高达每秒11兆位。这一速率虽然比现有最大的Wi-Fi速率要小，但是却比蓝牙传输速度高出11倍。

无源Wi-Fi除了可以节省各种无线终端设备的电池寿命外，还将有助于物联网的实现，因为这种技术可以让所有的家居设备和可穿戴传感器通过Wi-Fi连接起来，而无需担心电量的损耗。为了实现低能耗Wi-Fi传输，研究团队必须要减少无线电传输过程中的数字与模拟运算。在过去20年里，运算中的数字侧变得极为节能，而模拟组件仍然要消耗大量的电能。在无源Wi-Fi的架构中，一些耗电量大的模拟功能被赋予网络中的一个独立设备，这个设备接通电源。一组传感器只需要利用一个数字转换器简单地反射和吸收信号，就可以实现利用极低的能耗产生Wi-Fi数据包。在华盛顿大学的现实环境中，研究人员发现他们的无源Wi-Fi与一部智能手机之间的通信距离可达100英尺（约合30米）。

研究团队成员瓦姆斯-塔拉介绍说，“在整个网络中，所有的重度耗电部件都由一个接电设备负责，而无源设备只负责反射并产生Wi-Fi数据包，这是一种真正的节能通信方式。”由于传感器所产生的都是真正的Wi-Fi数据包，因此它们可以与任何Wi-Fi设备进行通信。研究团队成员布里斯-科洛格介绍说，“我们的传感器可以与任何路由器、智能手机、平板电脑或任何带有Wi-Fi芯片的电子设备进行对话，而且所有这些设备都可以解码我们通过反射所产生的Wi-Fi数据包，因此你不需要任何特殊的设备。”

专家认为，这项技术不仅仅可以形成一种全新的通信类型，而且还可以让这个数据密集型世界简单化。比如，所有智能家居应用都可以通过传感器跟踪任何事物，从察看家里的门是否忘记关闭，到看孩子是否已从学校回到家里，都将变得极其容易，因为Wi-Fi信号传输的能耗已变得极低。研究团队负责人之一、华盛顿大学计算机科学与工程专业副教授乔叔亚-史密斯表示，“虽然许多家庭都已经拥有了Wi-Fi设备，但是这并不是最佳选择。现在我们只需要数十微瓦的电量就可以实现Wi-Fi传输，而且比低能耗蓝牙、Zigbee等效率要高得多。”

【被动WiFi技术：无需额外供电14.5μW逆天功耗】

收/发端不对称的功耗需求

而所谓的无线电通讯，需要双边具备信息发出和接受能力，即必定包含发射和接受两个部分。接受部分的芯片得益于半导体工艺制程的进步，它们的功耗已经可以降得很低了。

但发射部分却一直居高不下，因为发射信号需要的能量就是那么多——正常的wifi路由发出射频的功耗在0.1W左右。而手机发WiFi时，为了电池和发热的考量，会控制在25mW左右。

因祸得福，“无源”射频芯片

信号发射端的功耗居高不下，这个“祸”反过来想其实也是个可以好好利用的条件：我们平时的wifi、蓝牙甚至可见光都是频率不同的无线电波，有规律的无线电信号可以传输信息，让它它们本身也是能量，被吸收之后也是能转化为电能的（就像太阳能板晒太阳）。

这也为下面会说到的被动传输技术（“无源”供电）立下了物理基础——只要信号发射芯片能耗足够低，从信号无线电上吸收的能量，就有可以让芯片即便没有电池也能再发一个信号出去。

被动WiFi技术：无需额外供电14.5μW逆天功耗

事实上我们早就有类似的技术了——Backscatter Communication（背向散射通讯），不严谨地说就是被动通讯技术，当中的RFID射频技术早就被融入到公交卡、饭卡之中。

而最近Apple Pay、三星智付等功能用的NFC就是跑在13.56MHz，传输距离小于10cm的版本RFID射频技术，只要发射器提供的信号强度够，没有自带电源的芯片也能发出信号进行通讯。

太阳能手电筒的“囧境”

被动射频设备虽然功耗低，但它们发出来的信号，其传输距离、速度和频段，都很马洛斯需求中最底层的WiFi相去甚远。此外，它们只能吸收特定频段的无线电，空气中大量的可见光（对应的是太阳能板）、广电电视信号、无线电信号和WiFi信号就被“浪费”了。

之前也有研究，尝试让被动通讯设备吸收广电电视和WiFi信号以供电，但成绩比较忧伤，传输速度只有1Kbps（折合0.125KB/s，额，和断网了没什么分别…），传输距离还好，还能有0.6米左右，然而貌似并没有什么卵用。

另外，当年纯粹是把WiFi信号转化为电力，然后又用了另外一种不同频率的无线信号发射出去（环境中的WiFi变成了另外一种频率的无线电……），而且手机等常用设备还没办法接收。情形颇有“太阳能手电筒”的意味，吸收了强烈温暖的阳光，但转化出来的只是手电筒的光。

突破要来了？

2016年2月24日，美国华盛顿大学的计算机科学家和工程师宣布，他们的被动式Wi-Fi（Passive Wi-Fi）系统功耗已经降低至传统WiFi的万分之一，而且这次它们吸收无线电能量后，发出来的，还是血统纯正的WiFi信号。

该系统可以发出802.11b标准的WiFi信号，手机平板电脑等设备可以直接识别，其极限速度高达11Mbps（1375KB/S），传输距离达到30米。在1Mbps速率下的耗电为14.5μW、11Mbps下为59.2μW（0.0000592瓦）。

他们通过一家名为Jeeva Wireless的公司尝试让这项技术商用，产品预计将在2到3年内面市。另外，华盛顿大学在上一年在搞用WiFi信号给手机充电技术的技术。虽然和太阳能用的可见光都是无线电波，而且不如太阳能板的技术成熟，但起码没光线也能用……

不过以前也听到过通过环境中的信号转化为电能，然后推动蓝牙芯片工作的设备，但最后空欢喜一场，失败了。所以得等真机跑出实验室之后才能真正的确认。

【还在担心WiFi成本高吗？新技术帮你解决难题发布时间】

你还在担心你的WiFi吗?不要担心，近日来自华盛顿大学的计算机科学家和电气工程师团队已经开发出一种非常高效的Wi-Fi无线网络技术。

新装置都有哪些主要特点

参与开发此项技术的华盛顿大学研究人员已证明微弱的无线电信号确实能满足一个互联网装置的电能需求，并且消耗的功率是现有WiFi设备组件功率的千分之一，这项技术可以更有效的推广WiFi设备。目前研究该技术的团队已经对外公布了一些技术信息(见下文)。研究该技术的团队计划在2016年3月参加网络系统设计与实现研讨会公布成果(USENIX Symposium on Networked System Design and Implementation)。通常每届会议录用20多篇论文，录取率在25%左右，说明NSDI的投稿质量非常的高。

无源Wi-Fi(passiveWi-Fi)，如果从字面上理解，可以理解为有部分功能是被动的。这种新型无线装置，能够利用周边的无线电信号为自身供电并进行通信，同时无源Wi-Fi通过后向散射Wi-Fi信号，让无电池装置与传统设备连接，并且该装置成本也很低大约不到1美元。参与该项目的研究人员Vamsi Talla表示：

“所有网络需要用到的组件、耗电组件都被组装成了一个插入式设备，同时该装置会实时反映所产生的Wi-Fi数据包。”

该装置原理和无线电频率识别(RFID)芯片原理有些类似，也和retroreflector bugs(过去苏联窃听美国驻莫斯科大使馆监听设备)原理类似，都使用了后向散射通信。

该技术获得好评

斯坦福大学的一个研究团队2015年发布了类似的技术即backfi，使用现有的Wi-Fi网络信号产生反射信号，同时能够以5Mbps(兆位/秒)速度来回传输信号。目前Passive Wi-Fi与正常的WiFi设备兼容，同时也可以作为一个单独的基站，即是一些采用蓝牙LE和ZigBee通信标准的小型连接设备功耗的千分之一。在整个实验过程中数据的处理能力可达11兆位每秒(Mbps)，同时传输的距离大约是100英尺。

目前该技术被麻省理工科技评论评为2016年十大突破技术之一，而该装置除了节电，增加使用寿命，同时也可以帮助一些穿戴设备以及一些家庭设备使用者在使用WiFi的时候就不需要担心电源供电问题了。

【英国利用智慧WIFI信号可以隔墙看人】

科学家们模拟了一个场景，在一个拥有wifi的用户家中，一名入室劫匪绑架了无辜的住户。警察到来之前，我们还不太清楚屋内的情况，于是专家祭出了自己的wifi透视大法，为警察们展示了屋内的情况。不过要是这种设备落入坏人手中，他就能确认你家有没有人，要是改变使用的波段，还能够利用无线路由和移动基站的信号来“显影”，不过这是后话，他们还没修炼出那一步的神器来。

这个神器就是伦敦学院大学(University College London ，UCL)的研究人员设计的，这种设备通过检测wifi和移动电话信号变化的多普勒效应来获取人们的移动，现在这种设备能够“透视”25cm后的墙后面的情景。这种技术能够在解救人质，以及交通控制方面发挥用途，并在National Instrument's NI Week 2015会议上获得了“射频通信(RF and communictation)”板块的最具影响力奖(Engineering Impact Award)。

虽然来自MIT的Dina Katabi和Fadel Adib也设计了一个利用家用通信频段的穿墙雷达，但是他们所采用的是有源雷达接收装置。而UCL设计的是无源雷达，他能够捕获到wifi路由(一般都内置IEEE 802.11b，g，n，ac协议簇)，GSM和LTE(2/3g)信号以及其他频段的信号，解决了电池的问题好处是大大的。系统会采集两个信号来对目标物体进行定位，参考信号(reference channel)：作为基本信号，一般是由室内的wifi或其他射频发出；监督信号(surveillance channel)：用来捕获目标移动发生的多普勒偏移。

在中国福建福州市，也有这么一家低调的技术研发公司：福州市协成智慧科技有限公司，也早已开发出了相似的技术，基于商业路由器底层固件的研发，通过其产品“协成智慧无线”的商业WiFi应用，实现MAC记录与数据建模判断，从而得出用户大致所在位置，只要WiFi信号能接触到的地方，都能测算出用户大致距离，目前该项技术被简称为“WiFi探针”，被其应用于公安监管，企业商业应用较少。

Tan是“高频多普勒无源wifi雷达”的发明者之一，他们采用了2个不同频率的信号，并编写了相关的软件，还包括一个基于FPGA的收发器用来显示结果。系统工作时会比较参考信号和监视信号的差别，来解析微弱的频率变化，然后计算和推测墙背后的隐藏目标的位置和移动。

通过调整系统的参数：包括对信号的积分时域和参数的阈值，他们能够捕获到更加细微的动作变化，甚至是手势的改变。虽然目前还无法对捕获的目标立即成像，但是他能够提供一个类似雷达界面的散点显示。根据信号变化，他们就会显示目标位置的改变。相关的论文发表在4月份召开的2015 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP)。（如需转载，请注明来源自科技世界网）

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